以Si为例,说明导带底状态密度有效质量mdn与导带有效状态密度Nc的意义和区别.

以Si为例,说明导带底状态密度有效质量mdn与导带有效状态密度Nc的意义和区别.,第1张

对于非简并的n型半导体,如果把导带中的所有可能被电子占据的能级都归并到导带底(Ec)这一条能量水平线上(设归并到一起的能级的密度为Nc),那么电子占据各条能级的几率就都将一样(等于exp[-(Ec-Ef)/(kT)]),于是就可直接写出导带电子的浓度与Fermi能级的关系为no=Nc exp[-(Ec-Ef)/kT]. 当然,这时归并到导带底的有可能被占据的能级的密度(Nc)必然不等于整个导带的能级密度,则称Nc为导带的有效能级密度(或者有效状态密度).因为温度越高,电子的能量就越大,则在导带中有可能占据的能级数目就越多,故有效能级密度与温度T有关;仔细的分析可给出为Nc=2(2πm*kT/h2)3/2,式中的h是Planck常数,m*是电子的所谓状态密度有效质量,T是绝对温度. 在室温下,对于Si,Nc=2.8×1019cm–3;对于GaAs,Nc=4.7×1017cm–3.可见,Nc比晶体的原子密度(5×1022 cm–3)要小得多.这就表明,在非简并情况下,载流子只是占据导带中的很少一部分能级(这时电子基本上就处在导带底附近).

根据公式Nc=2*(2*pi*mkT)^(3/2)/h³,(其中m为有效质量),在同种载流子的情况下(m相同),故仅与温度的3/2次方成正比。间接带隙半导体材料(如Si、Ge)导带最小值(导带底)和满带最大值在k空间中不同位置。形成半满能带不只需要吸收能量,还要改变动量。 间接带隙半导体材料导带最小值(导带底)和满带最大值在k空间中不同位置。半导体材料(semiconductor material)是一类具有半导体性能(导电能力介于导体与绝缘体之间,电阻率约在1mΩ·cm~1GΩ·cm范围内)、可用来制作半导体器件和集成电路的电子材料。自然界的物质、材料按导电能力大小可分为导体、半导体和绝缘体三大类。半导体的电阻率在1mΩ·cm~1GΩ·cm范围(上限按谢嘉奎《电子线路》取值,还有取其1/10或10倍的;因角标不可用,暂用当前描述)。在一般情况下,半导体电导率随温度的升高而升高,这与金属导体恰好相反。


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